CN102580854A - 一体化结构的静电集尘过滤器及其驻极处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气过滤器产品技术领域，特指一种高效率捕集空气中颗粒物的一体化结构的静电集尘过滤器及其驻极处理工艺。该集尘过滤器的主体由多层孔板叠加构成，其中孔板一体成型有供气体通过的阵列孔洞，孔板是微发泡的，可添加驻极增强材料、负离子发射材料和磁性材料的塑料材料，于每层孔板的上下表面设置有施加高压电场的密闭导电膜，其中的一层或数层孔板中可安装有离子发射装置，在叠加结构的侧面，封装有向高低电位电极供电的高压电源，叠加结构和高压电源被整体封装于保护结构外框中，外部使用低压直流或市电供电。本过滤器经在线极化驻极技术处理后，形成实用的产品。本发明采用上述技术方案后，将构成一种可消除极间打火和使用电击隐患的、易于清洗、可长寿命循环使用、低风阻、高效率的颗粒物过滤器，适用于家用、工业使用的空气净化装置。

Description

一体化结构的静电集尘过滤器及其驻极处理工艺
技术领域：
本发明涉及过滤器产品技术领域，特指一种一体化结构的静电集尘过滤器，其用于净化空气中的颗粒物粉尘，可应用于家用空气净化器、中央空调、真空吸尘器、工业环境净化设备，特别适用于低风阻、高效率的需求场合。当孔板材料使用耐腐蚀、耐高温的氟塑料时，本发明还可用于腐蚀、高温的气体处理场合。 
背景技术：
目前对空气中的颗粒物净化技术，主要有两种方式： 
一、采用无纺布纤维滤纸折叠构成的过滤器，以HEPA(High Efficiency Particulate Air filter高效空气过滤器)过滤器为代表，通过筛分、桥塞、冲击粘附、静电驻极纤维电场吸附等方式拦阻颗粒物，具有结构简单、效率高等特点，得到广泛成熟的应用。HEPA过滤器的缺点是： 
1)较大风阻，通过预设的风量需要更大功率的风机，能耗高、噪音大。 
2)过滤器需要定期更换，不可重复使用，增加应用成本。 
二、静电集尘方式，以ESP(Eletrostatic Precipitator，静电除尘器)电晕-收集方式为代表的静电集尘方式，以其风阻低、可再生使用的特点，同样也得到了广泛的应用。但是ESP同样有着难以克服的缺点： 
1)电晕放电会产生臭氧，尽管可以使用臭氧催化过滤器控制，但还是存在超出日趋要求严格的浓度控制指标范围的可能，危害人身健康。 
2)电极间的轻微打火放电声，一直为用户所诟病，对产品的使用安全性产生担忧。 
3)由于受到开放式结构的击穿电压限制，EPS的单次过滤效率较低。 
4)需要复杂的高压供电电源和高压安全防护措施，增加设备成本。 
5)EPS结构，特别是线板式结构十分脆弱，清洗过程容易造成损坏。 
针对静电集尘式净化器的不足，中国专利申请号为：00806175.0的发明专利申请公开说明书，其公开了一种“空气净化设备”，该空气净化设备就是采用静电集尘式净化设备。其采用的技术方案是：一种用于除去气流中携带的颗粒沉积设备包括气流可相对较自由地通过的孔洞的阵列，孔洞是在塑料壁之间提供的；用于迫使气流通过阵列的装置，所述塑料壁具有与其接触的导电材料区域；以及用于交错地向绝缘的导电材料区域施加高和低电位以提供在阵列中的充电场所，从而从气流收集颗粒的装置。 
上述专利方案中提出了一系列结构和组合方式，其中在“塑料双壁波型板材的两面敷设电极，进行交错叠加”的方式是重要的实施例，但是仍有许多问题未予以解决，这些问题包括： 
1、使用对称的内壁光滑的孔板结构，由于法拉第笼效应，不能够有效捕集不带电荷(中性)颗粒物，需要依赖负离子发生装置或降低孔板高度或用更长的孔，这将带来一系列负面的影响，包括风阻增大、安装体积过大等问题。 
2、电极直接同注塑孔板的外部接触，在孔板存在微孔注塑缺陷的情况下，可能导致电极向空气或对应内壁的放电，进而产生异味。 
3、为达到防水和整体结构强度的需求，孔板层间使用的胶黏剂，特别是可 能使用对PP材料粘结性能较好的双组份粘结剂，粘合剂的操作不当可能会使过滤器长时间的存在异味进而造成二次空气污染。 
4、该专利方案中提到的驻极方式，对于其所提及的塑料材料，不能形成可以长期储存的电荷，这些表面电荷可能将在数天或数周后消失。 
5、反复叠加的结构依旧会产生较大的平板电容效应，尽管使用了高阻抗的电极或电极端加入了泄放电阻，但裸露触点区域在最初的几秒钟仍可能有电击的可能。 
6、使用了同常规ESP供电方式相同的外部高压输入方式，同ESP工作方式一样，需要复杂的安全电路。 
7、非密闭结构的组合方式，电极有可能接触空气和水气，老化、漏电，不利于进行重复使用的水洗过程。 
针对上述问题，本发明人经过不断的研究、实验，提出如下解决方案。 
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就在于克服目前同类产品的不足，提供一种可提高捕集效果，并且使用安全、操作简单的一体化结构的静电集尘过滤器。 
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案为：该过滤器包括：外框和封装于外框内的主体，所述的主体由多层孔板叠加构成，其中孔板一体成型有供气体通过的阵列直线或曲线孔洞，所述孔板中的孔洞的上壁与下壁为非对称结构，上壁与下壁上分布有左右对称的翅片，于每层孔板的上下表面设置有施加高压电场的密闭导电膜；用于施加高压电场的高压电源被封闭于外框内部，通过置于外框的外部触点对其低压供电。 
进一步而言，上述技术方案中，所述孔板采用添加驻极体材料和负离子发生 材料、磁性材料的塑胶微发泡射出成型，且所述孔板所采用的材料内添加有：a)以氮气为微发泡气体的微孔发泡剂，微孔发泡剂的质量比例为0.1～10％，并在注塑拉伸作用下形成透镜型或纺锤形微气泡；b)添加可增强驻极效果和延长电荷存储时间的第一添加剂，该第一添加剂包括：歧化松香、PVDF、PTFE、硬脂酸钙、巴西棕榈酸铝、铁电体材料的一种或几种组合，添加的质量比例0～20％；c)添加具有天然驻极体特性和负离子发射特性的第二添加剂，包括：电气石粉体或电气石与镧系稀土的混合物，质量比例0～15％；d)添加采用磁性粉体材料的第三添加剂，包括：Fe3O4为主的染料，铁氧体材料、钕铁硼可外部磁化的材料，添加质量比例0.1～5％。 
进一步而言，上述技术方案中，所述的密闭导电膜采用通过粘结、热合、超声方式进行复合形成“膜-电极-膜”复合结构，其中电极通过印刷或真空镀膜的方式并以设定的图案在其中一层膜上形成。 
进一步而言，上述技术方案中，所述膜为薄膜、孔洞膜、微孔膜，其采用PP、PE、PET、PTFE中任意材料制成；所述电极采用：a)低电阻的自愈合真空镀铝膜，电阻0.1～100Ω/m；b)高电阻可印刷膜，其采用金属氧化物、碳、高分子导电材料与粘结材料构成，电阻为10E8～10E11Ω/m；其中，所述的高电阻的电极以设定图案的方式印刷的，图案为分布有线条边缘和尖锐芒刺的鱼骨型图案，其电极部分的覆盖率为10％～90％。 
进一步而言，上述技术方案中，所述的主体中孔板的叠加顺序为：孔板-低电位的膜电极-孔板-高电位的膜电极-孔板，其中膜电极中的电极边缘到孔板的边缘预留0.5～1.5mm/Kv的安全距离，孔板的驻极符号极性与电极电位对应，相邻两孔板采用交错叠加，交错角度1～30度。 
进一步而言，上述技术方案中，于主体设置有一个或数个具有内置负离子发射电极的负离子孔板，该负离子孔板的孔洞中内置负离子发射电极，并且负离子孔板的孔洞为对称孔结构，在靠近端口的位置安装由金属W、Mo、不锈钢材质构成的针状、芒刺装或使用导电碳纤维制成的丝状毛刷发射电极，该发射电极距离端口出1.0～1.5mm/KV距离。 
进一步而言，上述技术方案中，所述的两相邻孔板之间采用热熔胶、粘合剂粘接，且两相邻孔板的边缘使用热熔融合粘结，形成封闭边缘。 
进一步而言，上述技术方案中，所述的高压电源安装在主体非进、出风面任意一侧，其中高压电源的输出端分别与每一个电极膜的高低电位端通过汇集线相连接，高压电源的负高压端与负离子孔板内的负离子发射电极相连接。 
进一步而言，上述技术方案中，所述的外框采用塑胶或金属材料，其通过灌装方式对主体及高压电源进行整体封装，即在外框与主体之间形成有封装层，外框上安装有向高压电源供电的插座或触点。 
为进一步提高上述技术方案中一体化结构的静电集尘过滤器的集成效果，本发明同时采用了以下的驻极处理工艺，该驻极处理包括以下三个工艺步骤： 
一、孔板采用注塑机一次注塑成形，同时在注塑过程中对孔板进行材料的驻极和磁化，该过程包括：a)在射出模具的出口和冷却段的入口空间进行正电晕或负电晕一次驻极，使用包括：针板、线板、线线、针-介质阻挡板、线-介质阻挡版的方式，驻极电压差为10～50Kv；b)在冷却段与牵引段中间，采用针板、线板、线线电极结构但与a步骤中极性相反的电晕二次驻极，驻极电压差为5～30Kv；c)在切割装置前端，使用同a步骤相同电极机构、相同极性的电晕进行三次驻极，驻极电压差为20～70Kv；d)在进行三次驻极的电晕装置与切割装 置之间设置有磁化机构，磁场强度0.1～10T； 
二、对密闭导电膜的驻极处理；将将密闭后的膜电极中的导电膜接入高压电源，通过由加热区、冷却区构成的电场进行连续驻极处理； 
三、该过滤器整体灌封后，通过驻极装置进行整体驻极处理，其包括以下步骤：首先，通过触点或插座，向过滤器供电，并且在保持供电的状态下后续步骤；其次，采用蒸汽或热空气对过滤器进行加热，加热至70～100摄氏度，并保持0～30min；然后，使用加热器将过滤器处于60～80摄氏度温度下保温0～60min；最后，使用空气或制冷的空气迅速吹过过滤器中孔板的孔洞，使其冷却，并保持1～20min。 
本发明采用上述技术方案后，其提出了一种一体化结构的静电集尘过滤器(Uni-ESP)。相对于目前的同类产品，本发明具有如下优点： 
1、孔板的矩形孔洞的上、下孔壁采用非对称设计，上面分布有翅片结构。非对称结构的使用，增大了孔洞的内表面积，缩短了内表面壁之间的距离，使得颗粒物可以在更短的行程内与内壁接触进而被捕集，可以使用尽可能短的孔洞长度，达到高的捕集效能。 
2、非对称结构的使用，使内部电场分布不对称，可以有效捕集未荷电或不易荷电的颗粒物。 
3、在本发明中，还可制作具有曲线结构的孔洞结构阵列，当带有颗粒物的气体通过时，颗粒物更容易与孔壁接触，进而被捕集。 
4、可在构成孔壁和翅片的塑料材料中加入可增强驻极效果和延长电荷存储时间的添加剂，使通过本发明的颗粒物带电，进一步提高集尘效果。 
5、本发明可内置负离子发射装置，在气流作用下，发生负离子被扩散到空 气中，使颗粒物带电，进一步提高集尘效果。 
6、本发明还可以在构成孔板的塑料材料中加入磁性材料，经外部磁化形成上下分布的磁场，带电颗粒在磁场作用下受到洛仑兹力作用向左右发生轨迹偏移，最终被捕集到孔洞的左右内壁表面。这样一来，本发明同时使用了电场偏移和磁场偏移技术，提高了颗粒物捕集效率，有效利用了孔璧的各个表面，增大了容尘量。 
另外，本发明为进一步增强集尘效果，针对一般的塑料材料的驻极效果较差和驻极电荷保持时间较短给出了解决方案，其提出了一种驻极处理工艺，该驻极处理工艺是将所使用的孔板材料在注塑过程中直接驻极充电和过滤器整体充电，进一步提升驻极效果。该驻极处理工艺中采用对孔板的组合驻极充电和磁化技术，采取此方式，可以获得最大的深层电荷捕集，得到电压高、持续时间长的驻极体材料，同时获得均匀的磁场分布。本发明还实施了一种在组装成一体化结构的静电集尘过滤器后进行整体驻极的方法，以使得一体化结构的静电集尘过滤器获得更佳的性能。 
为获得更强的电场并使使用更具安全性，本发明设计了一种三层结构的密闭导电膜。本发明中设计形成的膜结构，使导电膜获得了充分的绝缘和保护，有效防止了使用过程中和因清洗造成的水进入而导致的绝缘问题，同时保护导电膜在使用过程中不易发生因老化导致的电阻值变化和断裂。 
本发明设计了一体化的结构，将高低电位的电极分别汇流后，接入位于非进、出风面任意一侧安装的高压电源，然后，使用塑胶或金属外框通过密封胶灌封的方式，形成一体化结构的静电集尘过滤器，在外框上，安装有用于向变压器供电的触点或插座，形成一体化结构的静电集尘过滤器(Uni-ESP)。 
附图说明：
图1是本发明的主视结构示意图； 
图2是本发明中孔板的孔洞结构示意图； 
图3是本发明中孔板在生产线进行静电驻极的示意图； 
图4是本发明密闭导电膜的结构示意图； 
图5是本发明密闭导电膜中电极图案示意图； 
图6是本发明密闭导电膜的驻极处理示意图； 
图7是本发明的电路连接示意图； 
图8是本发明的负离子孔板的示意图； 
图9是本发明的整体结构驻极工艺示意图； 
图10是带电粒子在本发明孔洞磁场中偏移轨迹的示意图； 
图11a-11c是本发明其他实施例的孔板内部结构示意图； 
图12是本发明中采用曲线孔洞结构实施例的孔板示意图； 
图13是本发明测试装置示意图； 
图14是本发明实施例19的CADR变化趋势图； 
图15是本发明实施例20的表面电位变化趋势图； 
图16是本发明实施例1-18测试数据记录表； 
图17是本发明实施例19测试数据记录表； 
图18是本发明实施例20测试数据记录表； 
具体实施方式：
实施例一 
本发明是用于静电集尘式空气净化设备的静电集尘过滤器，见图1所示，该过滤器包括：作为集尘装置的主体1和用于封装主体1的外框3构成，其中主体1由多层叠加的孔板10和位于孔板10之间的密闭导电膜20构成。 
所述孔板10可采用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PVC(聚氯乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)等具有驻极性能的材料射出成形。同时，可在其中添加驻极体材料和负离子发生材料、磁性材料的塑胶微发泡材料。结合图2，孔板10一体成型有供气体通过的阵列直线孔洞110，本实施例中采用平行孔洞110阵列结构，孔洞110的截面被设计成矩形，且上、下壁111、112不对称的结构，即在上壁111与下壁112上分布有左右对称的翅片113。 
见图11a-11c所示，本实施例中翅片113的结构可采用各种形式，如单边形成柱状翅片113(图11a所示)；上下孔壁111、112分别形成交错的楔形翅片113(图11b所示)；上下孔壁111、112分别形成交错的柱形翅片113(图11c所示)。 
另外，见图12所示，孔洞110不但可采用直线型，其也可采用曲线型。 
本实施例及在后的实施例中，使用此结构的孔板，参数如下： 
材料：PP材料，等规度＞95％，比重0.9g/cm3 
厚度：3mm 
重量：290-320g/m2 
孔洞截面：矩形，宽度5mm 
翅片：高度1mm，底部厚度0.5mm，顶部0.1mm 
翅片分布：上壁：1片；下部2片。 
以此为基础，通过添加不同的成分和处理工艺，构成实施例中的孔板10，其他材料或成份的添加过程，采用注塑行业通用的公知技术和方法。 
孔板10采用射出成型，成型后经过冷却，孔板10将被分切成宽度60mm，长度550mm矩形片状材料。 
参见图4所示，密闭导电膜20采用的是膜210-电极220-膜210复合结构。膜210使用PP、PE、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PTFE等材料制成的薄膜、孔洞膜、微孔膜；电极220通过印刷或真空镀膜以设定的图案方式在其中一层膜上形成，通过粘结、热合、超声等方式进行复合，形成膜-电极-膜结构。具体制作方法可采用：采用宽度50mm、厚度50um的PP膜作为密闭导电膜20的膜210材料，在其上印刷宽度40mm、长度方向的阻值为200～500MΩ/m导电油墨，作为电极220。使用25um的PP材料膜作为覆膜，通过热复合的方式形成密闭导电膜20。见图6所示，密闭导电膜20制作完成后，可对其进行的驻极处理，以提高本发明过滤器的性能，具体操作过程是：将密闭导电膜20中的电极220接入高压电源231，通过由加热区232、冷却区233构成的电场230进行连续驻极处理。其中，高压电源231为20KV。驻极处理的时间为：在通电状态下于90℃处理5min，常温处理10min。 
本发明中，电极220还可采用： 
a、低电阻的自愈合真空镀铝膜，电阻0.1～100Ω/m。采用这种材料的有益之处在于如果发生极间高压打火，击穿点的铝膜将被迅速蒸发，打火点因导体消失而放电中止，打火现象被中止。随后，在蒸发点逐渐愈合，形成阻抗更高的导电膜，恢复电极在Uni-ESP的所需性能 
b、高电阻可印刷膜，其采用金属氧化物、碳、高分子导电材料与粘结材料构成，电阻为10E7～10E10Ω/m。采用这种材料的有益之处在于，其导电方式为耗散型导电，如果发生极间高压打火，打火点因电子消耗殆尽而放电中止，打火 现象被中止，不会发生持续的局部电弧放电和高温，保证了使用安全。 
另外，所述的高电阻的电极以设定图案的方式印刷的，见图5所示，该电极220的图案为分布有线条边缘和尖锐芒刺的鱼骨型图案221，其电极部分的覆盖率为10％～90％。本发明所设计的鱼骨型图案221电极结构，有益之处在于尖端和边缘可以提升电场强度，进一步的，电极20与孔板10外壁之间的微小空隙，可以形成电势陷阱结构，增强孔板的电荷驻极性能。 
由上所述可以看出，本发明采用一种三层结构的密闭导电膜20，采用这种结构设计，使作为电极220的导电膜获得了充分的绝缘和保护，有效防止了使用过程中和因清洗造成的水进入而导致的绝缘问题，同时保护电极220在使用过程中不易发生因老化导致的电阻值变化和断裂。使用密闭导电膜20的另一有益之处在于，因其高绝缘性，进一步防止了因孔板注塑缺陷可能导致的电极间打火。 
所述的密闭导电膜20位于孔板10的上下表面，用于施加高压电场。对密闭导电膜20供电的高压电源40被封闭于外框3内部，通过置于外框3的外部触点41对其低压供电。该高压电源40安装在主体1非进、出风面任意一侧。 
本发明中供电的高压电源40可以使用常规的高压电源，特别优选的使用压电陶瓷变压器电源。使用压电陶瓷变压器高压电源的有益之处在于，它可以更好的匹配本发明Uni-ESP的负载特性，同时具有体积小、效率高、无电磁干扰等优点。具体到本实施例，高压电源40使用功率为2瓦的陶瓷变压器电源，输出高压可以通过输入电压在6～12KV的范围内调整。 
外框3采用塑胶或金属材料，其通过灌装方式对主体1及高压电源40进行整体封装，即在外框3与主体1之间形成有封装层2，外框3上安装有向高压电源40供电的插座或触点41。 
本实施例中，孔板10采用PP纯料直接射出成型，分切后，与预制的密闭导电膜20进行交错叠加，形成49片24对电极结构，厚度约为150mm。相邻两孔板10采用重合叠加。当然，其也可以采用相邻两孔板10交错叠加，交错角度1～30度，交错叠加的好处在于：相邻两孔板10的孔洞110通道方向不同，这样可以进一步将各个不同方向进入孔洞110内的颗粒物捕集。 
见图7所示，所述的主体1中孔板10的叠加顺序为：孔板10-低电位的密闭导电膜20-孔板10-高电位的密闭导电膜20-孔板10，其中密闭导电膜20中的电极220边缘到孔板10的边缘预留0.5～1.5mm/Kv的安全距离，孔板10的驻极符号极性与电极电位对应。 
孔板10叠加后形成的主体1在通风面使用热熔方式进行层间粘结，令两相邻孔板10的边缘形成封闭边缘50。具体可采用的方式包括使用：火焰、表面超声、摩擦、热丝切割等方式，热熔融合的优选方式之一是热丝切割。热熔融合有益之处在于，可以获得牢固、美观的融合面，克服了PP材料难以粘结的问题。另外，在两相邻孔板10之间采用热熔胶、粘合剂粘接。这样一来密闭导电膜20就被完全封闭在两孔板10之间，可彻底防止外部水的侵入，实现本发明的便于冲洗的功能。 
高、低电位的密闭导电膜20的电极分别通过采用导电胶构成的电源汇集线60与金属片汇接，再与高压电源40连接，高压电源40的输出设定为10KV。 
下面对本实施例进行测试，测试仪器和方法： 
EST102振动式表面静电场场强测试仪； 
ANSI AHAM AC-1标准测试仓； 
TSI8530颗粒物分析仪； 
香烟烟雾发生器； 
功率计(毫瓦级)； 
API400E(IZS)臭氧分析仪(0.1ppb分辨率)； 
测试装置：参见图13，该测试装置包括：外接电源7、以及能够为CADR(洁净空气输出量值)测试提供240cfm通过风量的风机5和风道6。在进行臭氧测试时提供50cfm通过风量。 
CADR测试方法：ANSI AHAN AC-1标准，香烟烟雾法； 
臭氧浓度测试方法：UL-867标准； 
表面电位测试方法：距离100mm，20KV档，多点平均值。 
见图13，将制作的本实施例安装在240cmf流量的测试风道6上，放入测试舱，测试香烟烟雾的CADR值，同时检测高压电源的输入功率、风机电机的输入功率，计算CADR值与风机电机输入功率的能效比值。在输入电压10KV，50cmf的风量的测试风道上，测试24h臭氧发生峰值。测试结果见图16。 
实施例2 
与实施例1不同的是，在孔板10射出成型的流程上，进行在线驻极极化。 
参见图3所示，孔板10采用注塑机一次注塑成形，同时在注塑过程中对孔板10进行材料的驻极和磁化，该过程包括： 
a、在射出模具12的出口1201和冷却段1202的入口空间进行正电晕或负电晕一次驻极121，使用包括：针板、线板、线线、针-介质阻挡板、线-介质阻挡版的方式，驻极电压差为10～50Kv； 
b、在冷却段1202与牵引段1203中间，采用针板、线板、线线电极结构但与a步骤中极性相反的电晕二次驻极122，驻极电压差为5～30Kv； 
c、在切割装置1204前端，使用同a步骤相同电极机构、相同极性的电晕进行三次驻极123，驻极电压差为20～70Kv。 
本实施例2采用的驻极极化的参数如下： 
一次驻极：位于模具的出口1201：放电针(正极)+介质绝缘板(负极)，电压差50KV。 
二次驻极：位于生产线中部(即冷却段1202与牵引段1203)：线线式，极性与一次驻极相反，电压差30KV； 
三次驻极：生产线后部(切割装置1204前端)：放电针(正极)+介质绝缘板(负极)，正极电压20KV，负极电压40KV。 
以后部驻极极化的电极位置对应面，标准孔板的驻极极性符号，正极方向标注“+”号，负极方向标准“-”号 
将驻极后的孔板10分切成叠片尺寸，任意取三片沿中间壁分切，放置一小时后，分别放置于表面电场测试台上，测试左中右三点的表面静电电压，数据取平均值，见图16所示。 
按实施列2的方式制作过滤器，所不同的是孔板的“+”标注面与高电位密闭导电膜对应，反之亦然。进行CADR和臭氧测试，测试结果见图16所示。 
实施例3 
本实施例与实施例1不同的是，孔板10采用了发泡工艺。 
见图2所示，孔板10采用的材料内添加有：以氮气为微发泡气体的微孔发 泡剂，发泡比例为0.1～10％，并在注塑拉伸作用下形成透镜型或纺锤形微气泡102。本实施例3采用注塑行业公知的工艺技术，在PP原料中混入0.2％的偶氮类微发泡剂，进行发泡注塑。形成的孔板10发泡量5％，直径5-20um，泡体在拉伸作用下形成椭球形或透镜形微气泡102，孔板10厚度约为3.1mm。 
本实施例是在实施例1的基础上，以适当方式在孔板10的塑料材料中分布有微气泡，形成PP孔洞膜(Cellular PP)材料，在通过适当的方式充电后，形成的宏观偶极子，具有目前已知材料中最强的静电驻极性能。本实施例所产生的好处在于：对孔板10进行发泡处理，发泡在孔壁上形成微凸起，进一步增大了孔壁的比表面积，有利于颗粒物的收集。使用发泡技术，可以减少塑料材料的使用量，符合环保需求，减轻本发明的整体重量。 
其他步骤与实施例1相同，将制作的过滤器进行测试，测试结果见图16。 
实施例4 
本实施例是在实施例3的工艺条件基础上，以实施例2的参数进行静电驻极。即，本实施例中的孔板10采用了发泡材料，同时在射出成型过程中进行了在线静电驻极工艺。测量本实施例4中孔板10表面电位，并对其制作过滤器进行测试，测试结果见图16。 
实施例5 
以实施例4的方式制作过滤器，测试CADR值时，高压电源不供电。对本实施例进行测试可以发现，本实施例即便在非供电状态，仍具有一定的集尘效果。测试结果见图16。 
实施例6 
本实施例是在实施例3的基础上，在孔板10的制作材料中添加可增强驻极效果和延长电荷存储时间的第一添加剂103，见图1所示。该第一添加剂103包括：歧化松香、PVDF、PTFE、硬脂酸钙、巴西棕榈酸铝、铁电体材料的一种或几种组合，该第一添加剂103的添加质量比例0～20％。 
具体而言，本实施例6是将粒径5um的钛酸钡陶瓷粉体和歧化改性松香加入到孔板10的主材料PP材料中，通过螺杆挤出机造粒形成母料，再将母粒、微孔发泡剂与PP原料混合，在注塑机上射出成型，成型孔板的微孔发泡剂、第一添加剂103成分的质量比例为： 
微发泡剂：0.2％ 
钛酸钡陶瓷粉体：2％ 
歧化改性松香：1％ 
以实施例2的驻极参数在线驻极，测量表面电位，制成过滤器，测试CADR和臭氧量。测试结果见图16。 
实施例7 
在实施例6的基础上，添加具有天然驻极体特性和负离子发射特性的第二添加剂104，参见图1。该第二添加剂104包括：电气石粉体或电气石与镧系稀土的混合物，该第二添加剂104的添加质量比例0～15％。具体本实施例中，所添加的第二添加剂104为4％的电气石微分，粒径10um。 
将本实施例以实施例2的驻极参数在线驻极，测量表面电位，制成过滤器， 测试CADR和臭氧量。测试结果见图16。 
实施例8 
在实施例7的基础上，进一步添加采用磁性粉体材料的第三添加剂105，见图1所示。该第三添加剂105包括：Fe3O4为主的染料，铁氧体材料、钕铁硼可外部磁化的材料，其添加质量比例0.1～5％。 
具体本实施例中，在母粒制作的过程中，同时加入0.3％粒径100～200nm分布的Fe3O4粉体。参见图3，在孔板10的射出生产线的末端，在进行三次驻极123的电晕装置与切割装置1204之间设置有磁化机构，磁场强度0.1～10T，本实施例采用的磁极化强度为0.2T。通过对置与孔板10上下的磁极进行磁化。见图2、10所示，本实施例中，在孔板10形成孔洞110的塑料材料中加入了磁性材料，经外部磁化形成上下分布的磁场100，带电颗粒51、52在磁场作用下受到洛仑兹力作用向左右发生轨迹偏移，最终被捕集到孔洞的左右内壁114表面。 
本实施例是在实施例1的基础上实施了一种PP孔板的组合驻极充电和磁化技术，即在注塑模具出口处，进行热态静电驻极，在冷却后，进行反向充电，随后再进行静电驻极，最后进行充磁。采取此方式，可以获得最大的深层电荷捕集，得到电压高、持续时间长的驻极体材料，同时获得均匀的磁场分布。 
以实施例2的驻极参数在线驻极，测量表面电位，制成过滤器，测试CADR和臭氧量。 
实施洌9 
实施例8的对比例，不对孔板进行磁化。测试结果见图16。 
实施例10 
制作过程同实施例8，不同的是，将密闭电极膜20的电极220膜覆盖区域置换成无图案全覆盖的膜电极结构，即本实施例中电极220没有采用实施例1中所述的鱼骨型图案221。对本实施例的测试结果见图16。 
实施例11 
在实施例8的基础上，本实施例设置了负离子发射电极。结合图1、8所示，本实施例的主体1中设置有一个或数个具有内置负离子发射电极的负离子孔板30，该负离子孔板30的孔洞31中内置负离子发射电极，并且负离子孔板30的孔洞31为对称孔结构，在靠近端口的位置安装由金属W、Mo、不锈钢材质构成的针状、芒刺装或使用导电碳纤维制成的丝状毛刷发射电极310，该发射电极310距离端口出1.0～1.5mm/KV距离。 
具体到本实施例，其采用的是于主体1的最顶层加入一层内置的负离子发射电极的负离子孔板30，其发射电极310采用的是使用导电纤维，长度1.5mm，置于每一个孔洞31出风一侧内部5mm处，与高压电源40的负极连接。 
本实施例是在主体1的一层孔板中内置负离子发射装置，在气流作用下，产生的负离子被扩散到空气中，使颗粒物带电，以进一步提高集尘效果。对本实施例的测试结果见图16。 
实施列12 
将实施例6制作的Uni-ESP进行整体驻极极化，方法如下： 
结合图9所示，按照实施例6的工艺制作滤器，并进行整体封装后，通过驻极装置120进行整体驻极处理，其包括以下步骤： 
首先，通过触点41或插座，向本实施例过滤器主体1供电，并且在保持供电的状态下后续步骤； 
其次，采用蒸汽121或热空气对过滤器进行加热，加热至70～100摄氏度，并保持0～30min； 
然后，使用加热器122将过滤器处于60～80摄氏度温度下保温0～60min； 
最后，使用空气或制冷的空气123迅速吹过过滤器中孔板10的孔洞110，使其冷却，并保持1～20min。 
上述驻极过程中，具体采用的方法及参数为： 
接通外部供电电源为：DC-12V，加热器122设定温度为80℃，将本实施例放入该恒温箱内，向恒温箱内通入由纯水产生的蒸汽121，蒸汽121将冷凝于孔板10的孔洞110内壁，持续时间5分钟，停止蒸汽，继续用加热器122保温烘干约10分钟；将从烘箱内取出，使用室温环境的空气沿孔洞方向吹扫，空气流量10～800立方米/小时，持续时间约5分钟。断开外部供电电源，得到最终的产品。 
本实施例采用了对一体化结构的静电集尘过滤器进行整体驻极的方法，将其接入高低电位(高压电源开启)的情况下，进行加热-保持-快速冷却的流程，以使得一体化结构的静电集尘过滤器获得更佳的性能。同时，通过整体驻极过程中可以对密封、耐温度变化、绝缘、电源性能进行测试，以发现并剔除工艺不良品。 
将整体驻极极化后的过滤器安装到测试风道上，进行CADR与臭氧测试。 测试结果见图16。 
实施列13 
将实施例7制作的过滤器进行整体驻极极化。即将实施例7的过滤器以实施例12的方式进行整体驻极极化。对其进行CADR和臭氧测试，测试结果见图16。 
实施列14 
将实施例8制作的过滤器进行整体驻极极化。即将实施例8的过滤器以实施例12的方式进行整体驻极极化。对其进行CADR和臭氧测试，测试结果见图16。 
实施列15 
将实施例11制作的过滤器进行整体驻极极化。即将实施例11的过滤器以实施例12的方式进行整体驻极极化。对其进行CADR和臭氧测试，测试结果见图16。 
实施列16 
在实施例8制作的过滤器测试过程中，将高压电源的供电电压调整到6KV。 
实施列17 
在实施例8制作的过滤器测试过程中，将高压电源的供电电压调整到8KV。 
实施列18 
在实施例8制作的过滤器测试过程中，将高压电源的供电电压调整到12KV。 
实施例19 
将实施例14的过滤器置于80℃热水中浸泡10分钟，取出后甩出空洞内多余的水份，在室温通风处放置1小时，进行CADR测试，见图14。每天重复一次测试，连续进行10次。测试数据见图17。数据表明，本发明的实施的添加剂和驻极方法、结构密封设计，在温度适应、水密封性能方面，表现出了预想的性能。 
实施列20 
将实施例2、4、6、7、8、9中中间分切并用于测试表面电压的孔板极片，置于室温环境，每间隔6小时测试一次表面电压，连续测试12次(72小时)。测试数据参见图15、18。数据表明，使用本发明的添加剂和驻极方式方式可以获得持久的电荷存储。 
综合以上所述，本发明提出了一种一体化结构的静电集尘过滤器(Uni-ESP)。我们知道，带电的颗粒物在电场中运行时，会受到库伦力的作用轨迹发生偏移，在磁场中运行时，会受到洛仑兹力发生轨迹偏移，其所受到的作用力与电场、磁场的强度成正比。静电式集尘结构的工作方式有两个重要的因素：颗粒物荷电、偏移力。针对这两个重要因素，本发明给出了对应的解决方案。 
一、对于颗粒物的荷电，本发明使用了三种解决的方法： 
1)孔板10的矩形孔洞的上111、下孔壁112(敷设电极220的一面)被设计成非对称的，上面分布有翅片113结构，上下内壁的翅片数量不相等，翅片的顶部(相对于同孔洞110内壁连接的根部)是小曲率半径的结构。在内部电场作用下，小曲率半径的顶部会发射电子形成电晕区，使得进入的颗粒物荷电。具体见实施例1。 
2)构成孔壁和翅片的塑料材料中加入了可增强驻极效果和延长电荷存储时间的添加剂，如电气石材料，这种材料具有天然负离子发射能力的材料，其产生的羟基负离子、氧负离子可将所携带的电荷传递给颗粒物或与颗粒物吸附，进而使颗粒物带电。具体见实施例7。 
3)内置式的负离子发射装置，在气流作用下，发生负离子被扩散到空气中，使颗粒物带电。具体见实施例11。 
二、对于偏移力，在本发明中，对带电的颗粒物提供了两种偏移力： 
1)电场偏移，由高低电位的电极提供的电场以及驻极体效应电场，使得带点的颗粒物受到库伦力的作用，发生运行轨迹偏移，最终被捕集于上、下内壁111、112表面。 
2)磁场偏移，形成孔洞110的塑料材料中加入了磁性材料，经外部磁化形成上下分布的磁场，带电颗粒在磁场作用下受到洛仑兹力作用向左右发生轨迹偏移，最终被捕集到孔洞的左右内壁表面。具体见实施例8。 
本发明同时使用了电场偏移和磁场偏移技术，提高了颗粒物捕集效率，有效利用了孔璧的各个表面，增大了容尘量。 
本发明使用的非对称结构孔洞110，还可带来如下益处： 
1)非对称结构的使用，增大了孔洞110的内表面积，缩短了内表面壁之间的距离，使得颗粒物可以在更短的行程内与内壁接触进而被捕集，可以使用尽可能短的孔洞长度，达到高的捕集效能。 
2)非对称结构的使用，使内部电场分布不对称，可以有效捕集未荷电或不易荷电的颗粒物。 
3)在本发明中，还可制作具有曲线结构的孔洞结构阵列，当带有颗粒物的气体通过时，颗粒物更容易与孔壁接触，进而被捕集. 
本发明对一般的塑料材料的驻极效果较差和驻极电荷保持时间较短给出了解决方案，并发明了对于本发明中使用的孔板材料在注塑过程中直接驻极充电和过滤器整体充电的创新方法，进一步提升驻极效果。 
基于成本和结构强度的考虑，本发明的一体化结构的静电集尘过滤器所使用的孔洞材料首选使用PP材料，在PP材料中加入提升驻极性能并提升电荷的存储性能和热稳定性。 
专利CN102046871公开了“包含电荷加强添加剂的驻极体料片”，特别指合成并添加N-取代氨基碳环芳香烃的方式；。专利CN101905101A公开了“一种熔喷聚丙烯驻极体过滤材料的制备方法”；专利CN1226293A公开了“铁电纤维及其应用”，用铁电纤维提升驻极性能；专利CN101421802A公开了“驻极体材料”，使用“受阻羟基胺酯化合物”提升驻极体的热和电荷稳定性的方法；专利CN101511485A公开了“驻极体整理剂”，通过涂层达到驻极效果。以上专利实践证明了在塑料材料中以适当的方法添加助剂，可以大幅提升驻极性能，同时以上专利技术已经在静电驻极纤维、驻极体话筒、传感器等领域得到应用。本发明所设定的驻极技术方案，尚未见国内外相关专利。 
当然，以上所述仅仅为本发明的实施例而已，并非来限制本发明范围，凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。 

Claims (10)

1.一体化结构的静电集尘过滤器，该过滤器包括：外框(3)和封装于外框(3)内的主体(1)，其特征在于：所述的主体(1)由多层孔板(10)叠加构成，其中孔板(10)一体成型有供气体通过的阵列直线或曲线孔洞(110)，所述孔板(10)中的孔洞(110)的上壁(111)与下壁(112)为非对称结构，上壁(111)与下壁(112)上分布有左右对称的翅片(113)，于每层孔板(10)的上下表面设置有施加高压电场的密闭导电膜(20)；用于施加高压电场的高压电源(40)被封装于外框(3)内，通过置于外框(3)的外部插座或触点(41)对其低压供电。
2.根据权利要求1所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述孔板(10)采用具有驻极性能的材料注塑成型，且所述孔板(10)采用的材料内添加有以下任意一种或组合的材料：
a、以氮气为微发泡气体的微孔发泡剂，发泡比例为0.1～10％，并在注塑拉伸作用下在孔板(10)内形成透镜型或纺锤形微气泡(102)；
b、添加可增强驻极效果和延长电荷存储时间的第一添加剂(103)，该第一添加剂(103)包括：歧化松香、PVDF、PTFE、硬脂酸钙、巴西棕榈酸铝、铁电体材料的一种或几种组合，该第一添加剂(103)的添加质量比例0～20％；
c、添加具有天然驻极体特性和负离子发射特性的第二添加剂(104)，该第二添加剂(104)包括：电气石粉体或电气石与镧系稀土的混合物，该第二添加剂(104)的添加质量比例0～15％；
d)添加采用磁性粉体材料的第三添加剂(105)，该第三添加剂(105)包括：Fe3O4为主的染料，铁氧体材料、钕铁硼可外部磁化的材料，其添加质量比例0.1～5％。
3.根据权利要求1所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述的密闭导电膜(20)采用通过粘结、热合、超声方式进行复合形成“膜(210)-电极(220)-膜(210)”复合结构，其中电极(220)通过印刷或真空镀膜的方式并以设定的图案在其中一层膜(210)上形成。
4.根据权利要求3所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述膜(210)为薄膜、孔洞膜、微孔膜，其采用PP、PE、PET、PTFE中任意材料制成；所述电极(220)采用：
a、低电阻的自愈合真空镀铝膜，电阻0.1～100Ω/m；
b、高电阻可印刷膜，其采用金属氧化物、碳、高分子导电材料与粘结材料构成，电阻为10E8～10E11Ω/m；
其中，所述的高电阻的电极以设定图案的方式印刷的，图案为分布有线条边缘和尖锐芒刺的鱼骨型图案(221)，其电极部分的覆盖率为10％～90％。
5.根据权利要求3或4所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述的主体(1)中孔板(10)的叠加顺序为：孔板(10)-低电位的密闭导电膜(20)-孔板(10)-高电位的密闭导电膜(20)-孔板(10)，其中密闭导电膜(20)中的电极(220)边缘到孔板(10)的边缘预留0.5～1.5mm/Kv的距离，孔板(10)的驻极符号极性与电极电位对应，相邻两孔板(10)采用重合叠加或者交错叠加，交错角度1～30度。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：于主体(1)设置有一个或数个具有内置负离子发射电极的负离子孔板(30)，该负离子孔板(30)的孔洞(31)中内置负离子发射电极，并且负离子孔板(30)的孔洞(31)为对称孔结构，在靠近端口的位置安装由金属W、Mo、不锈钢材质构成的针状、芒刺装或使用导电碳纤维制成的丝状毛刷发射电极(310)，该发射电极(310)距离端口出1.0～1.5mm/KV距离。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述的两相邻孔板(10)之间采用热熔胶、粘合剂粘接，且两相邻孔板(10)的边缘使用热熔融合粘结，形成封闭边缘(50)。
8.根据权利要求6所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述的高压电源(40)安装在主体(1)非进、出风面任意一侧，其中高压电源(40)的输出端分别与每一个密闭导电膜(20)的高、低电位端通过汇集线(60)相连接，高压电源(40)的负高压端与负离子孔板(30)内的负离子发射电极相连接。
9.根据权利要求1所述的一体化结构的静电集尘过滤器，其特征在于：所述的外框(3)采用塑胶或金属材料，其通过灌装方式对主体(1)及高压电源(40)进行整体封装，即在外框(3)与主体(1)之间形成有封装层(2)，外框(3)上安装有向高压电源(40)供电的插座或触点(41)。
10.一体化结构的静电集尘过滤器的驻极处理工艺，该过滤器包括：外框(3)和封装于外框(3)内的主体(1)，所述的主体(1)由多层孔板(10)叠加构成，其中孔板(10)一体成型有供气体通过的阵列直线或曲线孔洞(11)，于每层孔板(10)的上下表面设置有施加高压电场的密闭导电膜(20)；用于施加高压电场的高压电源(40)被封闭于外框(3)内部，通过置于外框(3)的外部触点(41)对其低压供电；该驻极处理包括以下三个工艺步骤：
一、孔板(10)采用注塑机一次注塑成形后切割形成，同时在制作过程中对孔板(10)进行材料的驻极和磁化，该过程包括：
a、在射出模具的出口(1201)和冷却段(1202)的入口空间进行正电晕或负电晕一次驻极(121)，使用包括：针板、线板、线线、针-介质阻挡板、线-介质阻挡版的方式，驻极电压差为10～50Kv；
b、在冷却段(1202)与牵引段(1203)中间，采用针板、线板、线线电极结构但与a步骤中极性相反的电晕二次驻极(122)，驻极电压差为5～30Kv；
c、在切割装置(1204)前端，使用同a步骤相同电极机构、相同极性的电晕进行三次驻极(123)，驻极电压差为20～70Kv；
d、在进行三次驻极(123)的电晕装置与切割装置(1204)之间设置有磁化机构，磁场强度0.1～10T；
二、对密闭导电膜(20)的驻极处理；将密闭导电膜(20)中的电极(220)接入高压电源(231)，通过由加热区(232)、冷却区(233)构成的电场(230)进行连续驻极处理；
三、该过滤器整体封装后，通过驻极装置(120)进行整体驻极处理，其包括以下步骤：
首先，通过触点(41)或插座，向过滤器(1)供电，并且在保持供电的状态下后续步骤；
其次，采用蒸汽(121)或热空气对过滤器进行加热，加热至70～100摄氏度，并保持0～30min；
然后，使用加热器(122)将过滤器处于60～80摄氏度温度下保温0～60min；
最后，使用空气或制冷的空气(123)迅速吹过过滤器中孔板(10)的孔洞(110)，使其冷却，并保持1～20min。
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